JP2005089645A - 封止用樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＹＡＧレーザーによるマーキングにおいて十分なコントラストが得られ、鮮明なマーキングが可能な封止用樹脂組成物を提供すること。
【解決手段】（Ａ）無機充填材、（Ｂ）エポキシ樹脂、（Ｃ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｄ）カーボンブラックおよび（Ｅ）黒色系酸化チタンを必須成分とする封止用樹脂組成物であって、前記封止用樹脂組成物全体に対して、前記（Ａ）無機充填材を７０〜９５重量％、前記（Ｄ）カーボンブラックを０．０４〜１．５重量％および前記（Ｅ）黒色系酸化チタンを０．０４〜１．５重量％含有するもの。
【選択図】 なし

Description

本発明は封止用樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置に係り、特にＹＡＧレーザーマーキング性に優れた封止用樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置に関する。

従来、樹脂封止した半導体装置においては熱硬化型もしくはＵＶ硬化型の特殊なインクを用いてマーキングを行っていた。しかし、このような方法ではマーキングやその硬化に時間がかかり、インクの取扱いも容易でないことから、現在ではＹＡＧレーザーや炭酸レーザーを用いてマーキングを行うことが主流となっている。

ＹＡＧレーザーや炭酸レーザーを用いたマーキングは、インクによるマーキングよりも作業性に優れ、作業時間も大幅に短縮できるなど利点が多い。しかし、ＹＡＧレーザーや炭酸レーザーを用いたマーキングでは、マーキングした部分とマーキングしていない部分とのコントラストが不鮮明であり、また封止樹脂中のフェノール硬化剤の酸化による黄変等により読みとりが困難となることもある。

このような半導体装置の封止に用いられる封止用樹脂組成物においてはＹＡＧレーザーマーキング性を改善するために種々研究が行われており、例えば封止用樹脂組成物中のカーボンブラックの平均粒径や添加量の範囲を限定することによりＹＡＧレーザーマーキング性を改善できることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−１５８４７９

封止用樹脂組成物においてはＹＡＧレーザーマーキング性を改善するために種々研究が行われているが、未だ十分なコントラストが得られているとはいえず、さらにコントラストに優れ、鮮明なマーキングが可能な封止用樹脂組成物が求められている。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであって、ＹＡＧレーザーによるマーキングにより十分なコントラストを得られ、鮮明なマーキングが可能な封止用樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置を提供することを目的としている。

ＹＡＧレーザーによるマーキングは、以下のような原理で行われる。すなわち、半導体装置等に用いられている封止樹脂には着色剤として一般にカーボンブラックが含有されている。封止樹脂においてはカーボンブラックのみがＹＡＧレーザーの波長に相当する１．０６μｍに吸収帯を持つため、封止樹脂にＹＡＧレーザーを照射すると、照射部分のカーボンブラックが発熱、分解、気化し、樹脂部分から離脱する。カーボンブラックが離脱した部分は樹脂本来の色である白色に近い色となるため、非照射部分である黒色部分とのコントラストによりマーキングがなされることとなる。

ＹＡＧレーザーによるマーキング性の向上方法としては、上述したようなことからＹＡＧレーザーを照射した際にカーボンブラックをいかに効率よく離脱させるかに主眼が置かれている。しかしながら、このような方法ではカーボンブラックをいかに効率的に離脱させても樹脂本来の色よりも白色化することはできず、コントラストの向上には限界がある。

本発明者らはカーボンブラックを離脱させた樹脂部分をより白色に近づけるために鋭意努力した結果、以下のような構成とすることにより前記課題を解決できることを見出し、本発明を為すに至ったものである。

すなわち本発明の封止用樹脂組成物は、（Ａ）無機充填材、（Ｂ）エポキシ樹脂、（Ｃ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｄ）カーボンブラックおよび（Ｅ）黒色系酸化チタンを必須成分とする封止用樹脂組成物であって、前記封止用樹脂組成物全体に対して、前記（Ａ）無機充填材を７０〜９５重量％、前記（Ｄ）カーボンブラックを０．０４〜１．５重量％および前記（Ｅ）黒色系酸化チタンを０．０４〜１．５重量％含有することを特徴とする。

前記（Ａ）無機充填材は平均粒径１〜６０μｍ、最大粒径２００μｍ以下であることが好ましく、少なくともシリカ粉末を含むものであることが好ましい。

本発明の半導体装置は、半導体チップを樹脂組成物で封止してなる半導体装置であって、前記樹脂組成物が上述したような封止用樹脂組成物からなることを特徴とする。

本発明の封止用樹脂組成物においては、（Ａ）無機充填材、（Ｂ）エポキシ樹脂、（Ｃ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｄ）カーボンブラックおよび（Ｅ）黒色系酸化チタンを必須成分とし、かつそれらを所定の割合で含有させることにより、ＹＡＧレーザーによるマーキングで十分なコントラストを得ることができ、鮮明なマーキングを行うことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

本発明の封止用樹脂組成物は、（Ａ）無機充填材、（Ｂ）エポキシ樹脂、（Ｃ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｄ）カーボンブラックおよび（Ｅ）黒色系酸化チタンを必須成分とし、かつ封止用樹脂組成物全体に対して（Ａ）無機充填材を７０〜９５重量％、（Ｄ）カーボンブラックを０．０４〜１．５重量％および（Ｅ）黒色系酸化チタンを０．０４〜１．５重量％含有することを特徴とする。

本発明に用いられる（Ａ）無機充填材としてはシリカ粉末、アルミナ粉末等の金属酸化物粉末、窒化珪素粉末、窒化アルミニウム粉末等の金属窒化物粉末、炭化珪素粉末等の金属炭化物粉末、炭酸カルシウム粉末、シリコーンパウダ、ガラス繊維等が挙げられ、これらは１種のみで用いてもよいし、２種以上混合して用いてもよい。

本発明では上述した無機充填材の中でもシリカ粉末を用いることが好ましい。シリカ粉末としては具体的には溶融破砕シリカ、溶融球状シリカおよび結晶シリカが挙げられるが、膨張係数のバランス、硬化物としたときの信頼性、ＹＡＧレーザーによる印字性等の点から特に溶融球状シリカを用いることが好ましい。

（Ａ）無機充填材は平均粒径が１〜６０μｍ、最大粒径２００μｍ以下であることが好ましい。平均粒径が上記範囲をはずれる場合、または最大粒径が上記範囲をはずれる場合、封止用樹脂組成物の成形性、その硬化物に対するＹＡＧレーザーによるマーキング性が低下するおそれがあるため好ましくない。

（Ａ）無機充填材の含有量は、封止用樹脂組成物全体に対して７０〜９５重量％とすることが好ましい。（Ａ）無機充填材の含有量が７０重量％未満であると成形性、硬化物の機械的特性、耐熱性および耐湿性が低下するおそれがあり、またＹＡＧレーザーによるマーキングも不鮮明となるおそれがあるため好ましくない。（Ａ）無機充填材の含有量が９５重量％を超えるとかさばりが大きくなり流動性が低下し、成形性が低下するおそれがあるため好ましくない。

本発明に用いられる（Ｂ）エポキシ樹脂としては、その分子中にエポキシ基を少なくとも２個有するものであれば分子構造、分子量等は特に制限されるものではなく、封止用樹脂組成物の製造に一般的に用いられているエポキシ樹脂を広く使用することができる。

（Ｂ）エポキシ樹脂の具体的な例としては、例えばフェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン誘導体等の脂肪族系エポキシ樹脂、ビフェニル型、ナフチル型およびビスフェノール型等の芳香族系エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は１種のみで用いてもよいし、２種以上混合して用いてもよい。

本発明に用いられる（Ｃ）フェノール樹脂硬化剤としては、その分子中にフェノール性水酸基を少なくとも２個有するものであれば分子構造、分子量等は特に制限されるものではなく、エポキシ樹脂の硬化剤として一般に用いられているフェノール樹脂硬化剤を広く使用することができる。

（Ｃ）フェノール樹脂硬化剤の具体的な例としては、例えばフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン誘導体等の脂肪族系フェノール樹脂、ビフェニル型、ナフチル型およびビスフェノール型等の芳香族系フェノール樹脂等が挙げられる。これらのフェノール樹脂硬化剤は１種のみで用いてもよいし、２種以上混合して用いてもよい。

（Ｂ）エポキシ樹脂と（Ｃ）フェノール樹脂硬化剤とは、（Ｂ）エポキシ樹脂が有するエポキシ基（ｂ）と（Ｃ）フェノール樹脂硬化剤が有するフェノール性水酸基（ｃ）との比（ｂ）／（ｃ）（当量比）が０．１〜１０となるように含有させることが好ましく、０．５〜２となる範囲となるように含有させればより好ましい。上記当量比が０．１未満または１０を超えると成形性、硬化物の耐熱性、耐湿性等が低下するおそれがあるため好ましくない。

本発明に用いられる（Ｄ）カーボンブラックは着色剤として用いられるものである。（Ｄ）カーボンブラックとしては、封止用樹脂組成物の着色剤として一般に用いられるものを使用することができる。

（Ｄ）カーボンブラックは一次平均粒径が５〜１００ｎｍであることが好ましい。一次平均粒径が５ｎｍ未満ではＹＡＧレーザーを照射した際の揮散力が弱くなり、一次平均粒径が１００ｎｍを超えると着色剤としての着色力の低下につながり、マーキングのコントラストが低下し、鮮明なマーキングを得ることが困難となるおそれがある。

（Ｄ）カーボンブラックの含有量は、封止用樹脂組成物全体に対して０．０４〜１．５重量％とすることが好ましい。（Ｄ）カーボンブラックの含有量が０．０４重量％未満であると、封止用樹脂組成物の光遮蔽能力が低くなり、半導体装置の誤動作の原因となり、またＹＡＧレーザーによりマーキングされた部分とマーキングされていない部分とのコントラストも低くなるため好ましくない。

また、（Ｄ）カーボンブラックの含有量が１．５重量％を超えると、ＹＡＧレーザーによるマーキングの際にレーザー光が照射された部分のカーボンブラックが完全に離脱せず、コントラストが低くなるため好ましくなく、また封止用樹脂組成物の流動性も低下するため好ましくない。（Ｄ）カーボンブラックのより好ましい含有量は０．０６〜０．９０重量％である。

本発明に用いられる（Ｅ）黒色系酸化チタンは黒色の着色剤として用いられると共に、ＹＡＧレーザーを照射した際には白色化し、照射部分の白色度を向上し、コントラストを向上させるために加えられるものである。

すなわち、（Ｅ）黒色系酸化チタンは酸素の存在下、高温に放置すると酸化反応により白色酸化チタンとなるため、（Ｄ）カーボンブラックおよび（Ｅ）黒色系酸化チタンを添加した封止用樹脂組成物（硬化物）にＹＡＧレーザーを照射すると、その照射部分の（Ｄ）カーボンブラックの発熱に伴い（Ｅ）黒色系酸化チタンが酸化され白色酸化チタンとなる。

このためＹＡＧレーザー照射部分はカーボンブラックの離脱による脱色（白色化）に加え、黒色系酸化チタンの白色酸化チタンへの転換のため、従来にくらべ白色度が高くなりコントラストが大幅に向上する。

本発明に用いられる（Ｅ）黒色系酸化チタンは、一般式Ｔｉ_ｗＨ_ｘＮ_ＹＯ_ｚ（ただし、Ｗは１〜３の整数、Ｘは０以上の整数、Ｙは０以上の整数、Ｚは１〜７の整数を表す。）で表される化合物の混合物であり、例えば白色酸化チタンＴｉＯ_２を高温中で還元することによって作製することができる。

（Ｅ）黒色系酸化チタンは粉体状で、一次平均粒径が１〜２００ｎｍ、最大粒径が２５０ｎｍ以下であれば好ましい。（Ｅ）黒色系酸化チタンの一次平均粒径または最大粒径が上記範囲からはずれる場合、着色剤としての着色力の低下等につながるため好ましくない。（Ｅ）黒色系酸化チタンの一次平均粒径は５０〜１５０ｎｍ、最大粒径は２００ｎｍ以下であればより好ましい。

また、（Ｅ）黒色系酸化チタンは比表面積が１〜５０ｍ^２／ｇであれば好ましく、５〜４０ｍ^２／ｇであればより好ましい。

上述したような黒色系酸化チタンとしては、例えば１２Ｓ、１３Ｍ、１３Ｍ−Ｃ（いずれも三菱マテリアル株式会社製 商品名）を用いることができる。

（Ｅ）黒色系酸化チタンは、封止用樹脂組成物全体に対して０．０４〜１．５重量％含有させることが望ましい。（Ｅ）黒色系酸化チタンが０．０４重量％未満では、ＹＡＧレーザーによるマーキングにおいてマーキングされている部分とマーキングされていない部分とのコントラストが低くなり好ましくない。また、１．５重量％を超えると封止用樹脂組成物の流動性等を低下させ、実用に適さないおそれがあるため好ましくない。（Ｅ）黒色系酸化チタンのより好ましい含有量は０．０６〜０．９０重量％である。

本発明の封止用樹脂組成物は（Ａ）無機充填材、（Ｂ）エポキシ樹脂、（Ｃ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｄ）カーボンブラックおよび（Ｅ）黒色系酸化チタンのみからなるものとしてもよいが、必要に応じて本発明の目的に反しない限度において他の成分を添加してもよい。

本発明の封止用樹脂組成物に添加する他の成分としては、例えば（Ｂ）エポキシ樹脂と（Ｃ）フェノール樹脂硬化剤との硬化反応を促進するための硬化促進剤が挙げられる。硬化促進剤としては、例えば１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等のジアザビシクロアルケン系、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール系、トリフェニルホスフィン等のホスフィン系、テトラフェニルホスホニル・テトラフェニルボレート等のテトラ置換ホスホニル・テトラ置換ボレート系、２−エチル−４−メチルイミダゾール・テトラフェニルボレート等のテトラフェニルボロン塩系等が挙げられる。

また本発明の封止用樹脂組成物には、離型剤としての合成ワックス、天然ワックス、エステル類、直鎖脂肪酸の金属塩、酸アミド類およびパラフィン類等、低応力化剤としてのエラストマー等、無機充填材の処理剤としてのシランカップリング剤等、種々の添加剤を適宜添加することができる。

本発明の封止用樹脂組成物を成形材料として調製する場合の一般的な方法としては、（Ａ）無機充填材、（Ｂ）エポキシ樹脂、（Ｃ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｄ）カーボンブラックおよび（Ｅ）黒色系酸化チタンを必須成分として配合し、必要に応じてその他の成分を配合し、ミキサー等によって十分均一に混合した後、さらに熱ロールによる溶融混合処理、またはニーダ等による混合処理を行い、次いで冷却固化させ、適当な大きさに粉砕して成形材料とすることができる。

本発明の半導体装置は、例えば上述した成形材料を用いて半導体チップを封止することにより容易に製造することができる。封止のもっとも一般的な方法としては、低圧トランスファー成形が挙げられるが、射出成形、圧縮成形および注型などによる封止も可能である。また、封止の際に封止用樹脂組成物を加熱して硬化させるが、このときの加熱温度は１５０℃以上とすることが望ましい。

このようにして製造される本発明の半導体装置としては、たとえば、集積回路、大型集積回路、トランジスタ、サイリスタおよびダイオードなどで特に限定されるものではない。

このような半導体装置については、ＹＡＧレーザーを用いて封止樹脂部分にマーキングを行うことができる。ＹＡＧレーザーによるマーキングは従来と同様の方法を用いて行うことができ、特に制限されるものではない。本発明の半導体装置は上述したような封止用樹脂組成物によって封止されているため、従来と同様の方法を用いてマーキング行っても十分なコントラストを得られ、鮮明なマーキングを行うことができる。

次に、本発明を実施例により説明する。なお、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。

（実施例１〜５、比較例１〜７）
カーボンブラック ＣＢ＃３０（三菱化学株式会社製 商品名）、黒色系酸化チタン １３Ｍ（三菱マテリアル株式会社製 商品名）、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂 ＥＯＣＮ−１９５ＸＬ−７０（住友化学工業株式会社製 商品名、エポキシ当量１９８）、ノボラック型フェノール樹脂 ＢＲＧ−５５７（昭和高分子株式会社製 商品名、フェノール当量１０５）、溶融シリカ粉末 ＦＢ−６０（電気化学工業株式会社製 商品名）、硬化促進剤 ＰＰ−２００（北興化学工業株式会社製 商品名）、カルナバワックス（東洋ペトロライト株式会社製 商品名）およびカップリング剤 Ａ−１８７（日本ユニカー株式会社製 商品名）を以下の表１、２に示す組成（重量部）で配合し、常温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練した後、冷却、粉砕して成形材料（封止用樹脂組成物）を製造した。

この成形材料を１７５℃に加熱した金型内にトランスファー注入し、硬化させて成形し、さらにポストキュアとして１７５℃で８時間の熱処理を行い成形品を製造した。

この成形品について、ＹＡＧレーザーマーキング性の評価を行った。マーキングは、株式会社キーエンス製のＹＡＧレーザーマーキング装置を用い、出力１４Ａ、周波数５．０ｋＨｚ、マーキング速度４００ｍｍ／ｓの条件でマーキングを行った。マーキング性の評価はマーキング部分のコントラストおよび色を目視することにより行った。

また、成形材料の流動性の評価を行った。評価はＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー金型を用い、成形材料を１７５℃に加熱したスパイラルフロー金型にトランスファー注入し、硬化させて成形材料の流動した長さを測定した。結果を表１、２に示す。

表１から明らかなように、実施例の成形材料（封止用樹脂組成物）は流動性に優れ、またこれを用いた成形品においてはＹＡＧレーザーによるマーキングにより十分なコントラストを得られ、ＹＡＧレーザーマーキング性に優れることが認められた。

Claims (4)

1. （Ａ）無機充填材、（Ｂ）エポキシ樹脂、（Ｃ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｄ）カーボンブラックおよび（Ｅ）黒色系酸化チタンを必須成分とする封止用樹脂組成物であって、
   前記封止用樹脂組成物全体に対して、前記（Ａ）無機充填材を７０〜９５重量％、前記（Ｄ）カーボンブラックを０．０４〜１．５重量％および前記（Ｅ）黒色系酸化チタンを０．０４〜１．５重量％含有することを特徴とする封止用樹脂組成物。
2. 前記（Ａ）無機充填材が平均粒径１〜６０μｍ、最大粒径２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の封止用樹脂組成物。
3. 前記（Ａ）無機充填材が少なくともシリカ粉末を含むものであることを特徴とする請求項１または２記載の封止用樹脂組成物。
4. 半導体チップを樹脂組成物で封止してなる半導体装置であって、前記樹脂組成物が請求項１乃至３のいずれか１項記載の封止用樹脂組成物であることを特徴とする半導体装置。